Требования к плотности и толщине защитного слоя бетона
Степень агрессивного воздействия
Минимальная толщина защитного слоя бетона, мм, для конструкций, эксплуатируемых
Плотность бетона конструкций, армированных сталью, классов
в газообразной среде
в жидкой среде
AI, АII, AIII, AIV, BpI
ВП, ВРП, каналы
AV, AVI, Aт-IVC, AтV, AтVI
ребристых плит, балок
ферм, колонн
Слабая
Н
П
П
Средняя
П
О
О
Сильная
О
О
Не допускается
Для большинства конструкций, соприкасающихся с воздухом, карбонизация является характерным процессом, который ослабляет защитные свойства бетона. Карбонизацию бетона может вызвать не только углекислый газ, имеющийся в воздухе, но и другие кислые газы, содержащиеся в промышленной атмосфере. В процессе карбонизации углекислый газ воздуха проникает в поры и капилляры бетона, растворяется в перовой жидкости и реагирует с гидроалюминатом окиси кальция, образуя слаборастворимый карбонат кальция. Карбонизация снижает щелочность содержащейся в бетоне влаги, что способствует снижению так называемого пассивирующего (защитного) действия щелочных сред и коррозии арматуры в бетоне.
Для определения степени коррозионного разрушения бетона (степени карбонизации, состава новообразований, структурных нарушений бетона) используются физико-химические методы.
Исследование химического состава новообразований, возникших в бетоне под действием агрессивной среды, производится с помощью дифференциально-термического и рентгено-структурного методов, выполняемых в лабораторных условиях на образцах, отобранных из эксплуатируемых конструкций.
Изучение структурных изменений бетона производится с помощью ручной лупы, дающей небольшое увеличение. Такой осмотр позволяет изучить поверхность образца, выявить наличие крупных пор, трещин и других дефектов.
С помощью микроскопического метода можно выявить взаимное расположение и характер сцепления цементного камня и зерен заполнителя; состояние контакта между бетоном и арматурой; форму, размер и количество пор; размер и направление трещин.
Определение глубины карбонизации бетона производят по изменению величины водородного показателя рН.
В случае если бетон сухой, смачивают поверхность скола чистой водой, которой должно быть столько, чтобы на поверхности бетона не образовалась видимая пленка влаги. Избыток воды удаляют чистой фильтровальной бумагой. Влажный и воздушно-сухой бетон увлажнения не требует.
На скол бетона с помощью капельницы или пипетки наносят 0,1%-ый раствор фенолфталеина в этиловом спирте. При изменении рН от 8,3 до 14 окраска индикатора изменяется от бесцветной до ярко-малиновой. Свежий излом образца бетона в карбонизированной зоне после нанесения на него раствора фенолфталеина имеет серый цвет, а в некарбонизированной зоне приобретает ярко-малиновую окраску.
Примерно через минуту после нанесения индикатора измеряют линейкой с точностью до 0,5 мм расстояние от поверхности образца до границы ярко окрашенной зоны в направлении, нормальном к поверхности. Измеренная величина есть глубина карбонизации бетона. В бетонах с равномерной структурой пор граница ярко окрашенной зоны расположена обычно параллельно наружной поверхности. В бетонах с неравномерной структурой пор граница карбонизации может быть извилистой. В этом случае необходимо измерять максимальную и среднюю глубину карбонизации бетона.
Факторы, влияющие на развитие коррозии бетонных и железобетонных конструкций, делятся на две группы: связанные со свойствами внешней среды — атмосферных и грунтовых вод, производственной среды и т.п., и обусловленные свойствами материалов (цемента, заполнителей, воды и т.п.) конструкций.
Для эксплуатируемых конструкций очень трудно определить, сколько и каких химических элементов осталось в поверхностном слое и способны ли они дальше продолжать свое разрушающее действие. Оценивая опасность коррозии бетонных и железобетонных конструкций, необходимо знать характеристики бетона: его плотность, пористость количество пустот и др. При обследовании технического состояния конструкций эти характеристики должны находиться в центре внимания обследователя.
Разрушение арматуры в бетоне обусловлено потерей защитных свойств бетона и доступом к ней влаги, кислорода воздуха или кислотообразующих газов. Коррозия арматуры в бетоне является электрохимическим процессом. Поскольку арматурная сталь неоднородна по структуре, как и контактирующая с ней среда, создаются все условия для протекания электрохимической коррозии.
Коррозия арматуры в бетоне возникает при уменьшении щелочности окружающего арматуру электролита до рН, равного или меньше 12, при карбонизации или коррозии бетона.
При оценке технического состояния арматуры и закладных деталей, пораженных коррозией, прежде всего необходимо установить вид коррозии и участки поражения. После определения вида коррозии необходимо установить источники воздействия и причины коррозии.
Толщина продуктов коррозии определяется микрометром или с помощью приборов, которыми замеряют толщину немагнитных противокоррозионных покрытий на стали (например, ИТП-1, МТ-30Н и др.).
Для арматуры периодического профиля следует отмечать остаточную выраженность рифов после зачистки.
В местах, где продукты коррозии стали хорошо сохраняться, можно по их толщине ориентировочно судить о глубине коррозии по соотношению
dk » 0,6dpk,
где dk — средняя глубина сплошной равномерной коррозии стали;
dpk -толщина продуктов коррозии.
Выявление состояния арматуры элементов железобетонных конструкций производится путем удаления защитного слоя бетона с обнажением рабочей и монтажной арматуры.
Обнажение арматуры производится в местах наибольшего ее ослабления коррозией, которые выявляются по отслоению защитного слоя бетона и образованию трещин и пятен ржавой окраски, расположенных вдоль стержней арматуры.
Диаметр арматуры измеряется штангенциркулем или микрометром.
В местах, где арматура подвергалась интенсивной коррозии, вызвавшей отпадание защитного слоя, производится тщательная зачистка ее от ржавчины до появления металлического блеска.
Степень коррозии арматуры оценивается по следующим признакам: характеру коррозии, цвету, плотности продуктов коррозии, площади пораженной поверхности, площади поперечного сечения арматуры, глубине коррозионных поражений.
При сплошной равномерной коррозии глубину коррозионных поражений определяют измерением толщины слоя ржавчины, при язвенной -измерением глубины отдельных язв. В первом случае острым ножом отделяют пленку ржавчины и толщину ее измеряют штангенциркулем. При этом принимается, что глубина коррозии равна либо половине толщины слоя ржавчины, либо половине разности проектного и действительного диаметров арматуры.
При язвенной коррозии рекомендуется вырезать куски арматуры, ржавчину удалить травлением (погружая арматуру в 10%-ный раствор соляной кислоты, содержащий 1% ингибитора-уротропина) с последующей промывкой водой. Затем арматуру необходимо погрузить на 5 мин. в насыщенный раствор нитрата натрия, вынуть и протереть. Глубину язв измеряют индикатором с иглой, укрепленной на штативе.
Глубину коррозии определяют по показанию стрелки индикатора как разность показания у края и дна коррозионной язвы.
При выявлении участков конструкций с повышенным коррозионным износом, связанным с местным (сосредоточенным) воздействием агрессивных факторов, рекомендуется в первую очередь обращать внимание на следующие элементы и узлы конструкций:
верхние части колонн, находящиеся внутри кирпичных стен;
низ и базы колонн, расположенные на уровне или ниже уровня пола;
участки колонн многоэтажных зданий, проходящие через перекрытие;
участки плит покрытия, расположенные вдоль ендов, у воронок внутреннего водостока, у торцов здания.
В 2008 г. новым владельцем общежития было принято решение переоборудовать здание под жилой дом. В процессе проведения реконструкционных работ произошло обрушение стены первого этажа из-за непродуманной перепланировки, что повлекло за собой падение железобетонных перекрытия 1-5 этажей.
Оценка прочностных и деформативных характеристик бетонных и железобетонных конструкций реконструируемых зданий является наиболее трудоемкой и важной операцией. Достоверные результаты способствуют принятию решения по сохранению конструкций здания, предотвращению аварийных ситуаций, разборке и ограждению зоны аварийных конструкций.
Наиболее опасными являются дефекты, полученные при возведении монолитных конструкций и производстве работ при отрицательных температурах. В этом случае из-за неравномерностей температурных полей возникают дополнительные напряжения, приводящие не только к образованию трещин, но и к нарушениям структуры бетона, снижению физико-механических характеристик, адгезии арматуры с бетоном.
Бетонирование монолитного жилого дома «Ниагара» в г. Ижевске в аномально холодном феврале 2006 г.
Бетон проморожен, повсюду имеются каверны и раковины в местах сопряжения оголовков колонн и плит перекрытия. У колонн визуально наблюдается нарушение соостности. Пятно на торцевых конструкциях свидетельствует, что по внутренней поверхности опалубки стекала вода при замерзании бетона.
Трудноисправимые дефекты возникают при ранней распалубке монолитных конструкций. Так, при распалубке перекрытий, не достигших прочности 70% Rб, наблюдаются высокие деформации (прогибы), восстановление которых представляет достаточно большие трудности. Увеличение скорости нагружения стеновых конструкций, превышающей интенсивность набора прочности бетоном, приводит к возникновению опасных напряжений.
Оценка повреждения железобетонных конструкций классифицируется как слабая при снижении несущей способности до 15%, средняя — до 25%, сильная — до 50% и полная — свыше 50 %.
Получение достоверных данных о состоянии железобетонных конструкций связано со степенью точности натурных исследований. На основании полученных результатов дается оценка остаточной несущей способности и эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций. В основе оценки заложен принцип расчета несущей способности и эксплуатационной пригодности согласно СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». На первом этапе определяются несущая способность сечений, прогибы, ширина раскрытия трещин. Эти данные сравниваются с реальным состоянием конструктивных элементов.
Если acrc ≤ [acrc]; f ≤ [f],то конструкция считается пригодной к дальнейшей эксплуатации без усиления или восстановления.
Здесь приняты обозначения: F — фактическое внешнее усилие (продольная сила N, изгибающий момент М, поперечная сила Q); Fn —теоретическая несущая способность сечения элемента; S — фактические геометрические размеры сечения; Rbn — нормативное сопротивление бетона, определенное по фактической кубиковой прочности бетона Rsn, gb — коэффициент надежности по бетону; gbi —коэффициент условий работы бетона конструкций.
По фактическому значению средней кубиковой прочности бетона, полученной в результате прямых или неразрушающих методов диагностики, определяется коэффициент Киз. Затем по СНиП52-01-2003 устанавливаются класс бетона и все характеристики, необходимые для расчета железобетонных конструкций.
Коэффициент изменчивости свидетельствует о степени повреждения материала конструкций. При его значениях менее 0,8 эксплуатация конструкций без дополнительных мероприятий по разгрузке и временного крепления недопустима. В этом случае целесообразность расчета отпадает, так как требуется принятие более радикальных решений. Если Киз≥ 0,8, то производится расчет конструкций. При расчете принимается фактическая площадь сечения арматуры с учетом коэффициента Кd, учитывающего степень ослабления площади сечения арматуры коррозией
где d0 — исходный диаметр арматуры; — средний сохранившийся диаметр прокоррозированной арматуры с доверительной вероятностью 0,95.
где di — выборочные значения диаметра; Sdk—среднее квадратичное отклонение; t0,95 — коэффициент Стьюдента; Rsn — нормативное сопротивление арматуры; gs —коэффициент надежности по арматуре; gsi — коэффициент условий работы арматуры; acrc, f — расчетная ширина раскрытия трещин и прогиб, вычисленные при фактических прочностных характеристиках бетона и арматуры; [acrc], [f] — допустимые ширина раскрытия трещин и прогиб.
Если в результате расчета разница между полученными и допустимыми по нормам значениями не превышает 25%, то выполняются расчеты второго этапа, где методами статического моделирования определяются надежность конструкции и ее безотказная работа по первой и второй группам предельных состояний.
В случае невыполнения одного из неравенств конструкцию необходимо усилить.
— средний сохранившийся диаметр прокоррозированной арматуры с доверительной вероятностью 0,95.